光纤光栅管式封装工艺研究

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1、光纤光栅管式封装工艺研究　　摘要：　　使用了外径0.8mm、内径0.58mm、长度40mm的不锈钢钢管作为套管材料，对光纤光栅进行了保护型封装，并且提出了单头式和双头式两种光纤光栅温度传感器的管式封装方法，制作得到只对温度敏感的温度传感器。通过应力拉伸试验检验了封装的可靠性，并采用水浴试验研究了其温度传感特性。结果表明，单头式封装方式比双头式封装效果更好，依然保持着非常好的波长与温度之间的线性关系，线性拟合度均达到0.997以上，并且均得到很好的重复性。采用该封装工艺可以有效地解决光栅交叉敏感问题，从而满足了一些对光纤光栅传感器尺寸和兼容性要求较高的场合的需要。　　关键词：　　光纤光

2、栅传感器；封装工艺；温度；应变　　中图分类号：TN253文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2016.06.014　　Abstract：　　TwotubulartypesofmetallicpackagingfiberBragggrating（FBG）sensorswereintroducedusingtubularstainlesssteelmaterialwithexternaldiameterof0〖BF〗.8mminnerdiameterof0〖BF〗.58mmandlengthof40mm.Thesingleendtypeanddouble

3、endtypesensorswerepackagedinordertomeetsomerequirementsonsensorsizeandcompatibility.ThenthetemperaturepropertiesandpackagingeffectoftheencapsulatedFBGsensorswereexperimentallystudiedviatensiletestsandhotwaterbathrespectively.TheexperimentalresultsindicatethatthesingleendtypeFBGhasbetterpackagin

4、gperformancethanthedoubleendtype.ThereexistsgoodlinearityandpreferablerepeatabilityforthebothtypesofpackagedFBGsensorsandtheirlinearcorrelationcoefficientsaremorethan0〖BF〗.997.　　Keywords：　　fiberBragggratingsensor；packagingtechnique；temperature；strain　　引言　　光纤光栅（FBG）传感器是一种新型传感元件，凭借其抗电磁干扰、耐腐蚀、熔接损耗

5、小、灵敏度高、体积小（直径80～125μm）、易于分布式测量等优越的特性，快速发展为最具前途的传感元器件之一，并在航空航天、汽车、土木工程等领域取得了广泛的应用。美国航空航天局在航天飞机上安装FBG传感器，构成传感网络，对航天飞机结构的应变和温度进行实时监测[1]。加拿大BeddingtonTrail大桥是最早使用传感器进行应变测量的桥梁之一，该桥梁采用18个FBG传感器用于监测桥梁内部的应变，实现了对桥梁结构健康状况的长期、实时监测[2]。Murukeshan和Kalamkarov分别应用FBG传感器在复合材料板的热压釜成型工艺和拉挤工艺中实现了固化过程材料内部应变变化过程的监测[

6、3]。Degrieck等[4]将FBG传感器应用到复合材料缠绕成型的压力容器中，对容器进行了固化过程的实时监测，分析了容器内部残留的残余应力。　　由于光纤光栅传感器的交叉敏感问题，即光栅的波长对温度与应变同时敏感，目前在测量光栅的耦合波长移动时根本无法对应变和温度两者加以区分。所以，处理好交叉敏感问题带来的影响，是实现光纤光栅传感器实用化的先决条件。　　自光纤光栅问世以来，国内外便针对光纤光栅温度补偿原理开展了大量的研究工作一般可以分为测量过程中的温度补偿和测量后的结果补偿。总体来讲，采用测量过程中的温度补偿技术的FBG传感器制造工艺更加复杂。测量后的结果补偿则是指在测量后采用某种运

7、算对测量结果进行处理，将温度效应剥离，相对简单，易于推广。比如参考光栅法即在FBG传感器所在温度场附近设置一个光栅温度传感器，然后通过测量结果的计算将温度效应去除[5]。考虑到目前毛细钢管封装的光纤光栅传感器体型仍然较大，无法满足一些对传感器体型和兼容性要求较高的场合，本文针对FBG传感器的传感特点研究了体积小、兼容性好、可埋入的毛细钢管封装工艺，并通过拉伸试验和水浴试验对其应变与温度传感特性进行研究。　　1光纤光栅的应变与温度测量原理　　2光纤光栅传感器